高中物理 第十章 热力学定律课件 新人教版选修33.ppt

章末整合提升 热力学定律 内能 功和内能 本质功和内能转化的关系 u w 热和内能 本质热和内能转化的关系 u q方式 热传导 热对流 热辐射 等效性 做功和传热在改变物体内能上是等效的 能量守恒 热力学第一定律 内能表达式 u w q符号法则 能量守恒定律 热力学第二定律 两种表述 克劳修斯表述开尔文表述 微观解释熵增加原理 能源 能量耗散能源与环境新能源 一 做功 热传递与内能变化的关系 1 做功与热传递的区别与联系做功和热传递是改变物体内能的两种方式 它们在改变物体的内能上是等效的 但它们的本质不同 做功是其他形式的能和内能之间的转化 热传递则是物体间内能的转移 2 热力学第一定律 u w q 正确理解公式的意义及符号含义是解决本类问题的关键 1 外界对物体做功 w 0 物体对外做功 w0 物体放出热量 q0 物体的内能增加 u 0 物体的内能减少 分析题干 确定内能改变的方式 w q 判断w q的符号 代入公式 u w q 得出结论 例1当把打足气的车胎内的气体迅速放出时 会发现车胎气嘴处的温度明显降低 则在这个过程中 a 气体对外做功 同时向外散发热量b 气体对外做功 车胎内气体温度降低 从外界吸热c 外界对车胎内气体做功 车胎内气体向外传递热量d 外界对车胎内气体做功 同时向车胎内气体传递热量 解析气体迅速放出时 气体体积膨胀对外做功 同时温度降低 使气嘴处温度明显低于外界温度 从外界吸热 故正确答案为b 答案b 例2一定质量的理想气体自状态a经状态c变化到状态b 这一过程的v t图象如图1所示 则 a 在过程ac中 外界对气体做功 内能不变b 在过程cb中 外界对气体做功 内能增加c 在过程ac中 气体压强不断变大d 在过程cb中 气体压强不断减小 图1 解析由图象可知 ac过程是等温压缩 cb过程是等容升温 据气态方程可判断出 ac过程气体体积变小 外界对气体做功 气体内能不变 气体压强不断变大 cb过程气体体积不变 内能增加 显然气体从外界吸热 气体压强不断增大 故a c正确 答案ac 借题发挥 1 由图象的物理意义 结合理想气体状态方程 c 明确气体的状态变化 2 根据 u w q 作出判断 例3一定质量的气体从外界吸收了4 2 105j的热量 同时气体对外做了6 105j的功 问 1 物体的内能是增加还是减少 变化量是多少 解析气体从外界吸热为q 4 2 105j 气体对外做功w 6 105j 由热力学第一定律 u w q 6 105j 4 2 105j 1 8 105j u为负 说明气体的内能减少了 所以 气体内能减少了1 8 105j 答案内能减少1 8 105j 2 分子势能是增加还是减少 解析因为气体对外做功 所以气体的体积膨胀 分子间的距离增大了 分子力做负功 气体分子势能增加了 答案分子势能增加 3 分子的平均动能是增加还是减少 解析因为气体内能减少 同时分子势能增加 所以分子的平均动能减少 答案分子的平均动能减少 二 能量守恒定律及应用 1 能量守恒定律 能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式转化为另一种形式 或者从一个物体转移到另一个物体 在能的转化或转移过程中 能量的总量保持不变 能量守恒定律是自然界普遍适用的规律 不同形式的能可以相互转化 2 应用能量守恒定律解题的方法和步骤 1 认清有多少种形式的能 例如动能 势能 内能 电能 化学能 光能等 在相互转化 2 分别写出减少的能量 e减和增加的能量 e增的表达式 3 根据下列两种思路列出能量守恒方程 e减 e增 某种形式的能减少 一定存在其他形式的能增加 且减少量和增加量一定相等 某个物体的能量减少 一定存在其他物体的能量增加 且减少量与增加量一定相等 4 解方程 代入数据 计算结果 例4在近地的高空中 雨滴几乎是匀速下落的 设在此过程中所产生的热量有30 被雨滴吸收 求雨滴在近地下落40m前 后的温度差 g取10m s2 水的比热容c 4 2 103j kg 解析设雨滴的质量为m因为雨滴匀速下落 所以雨滴重力势能的减少等于雨滴克服阻力所做的功雨滴重力势能的减少 w mgh 400mj 转化成雨滴的内能为q w 400mj 30 120mj 答案升高0 03 借题发挥应用能量守恒定律解决问题时 首先应明确有哪几种能量参与转化或转移 哪些能量增加 哪些能量减小 然后利用守恒的观点列出方程求解 三 热力学第二定律的应用 1 热力学第二定律的两种表述 1 按照热传递的方向性表述为 热量不能自发地从低温物体传到高温物体 这是热力学第二定律的克劳修斯表述 2 按照机械能与内能转化的方向性表述为 不可能从单一热库吸收热量 使之完全变成功 而不产生其他影响 这是热力学第二定律的开尔文表述 2 热力学第二定律的微观意义 1 一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 2 用熵来表示热力学第二定律 在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵不会减小 3 在整个自然界中 无论有无生命 所有宏观的自发过程都具有单向性 都是不可逆过程 如河水向下游流 重物向下落 房屋由新到旧直至倒塌 人要从婴儿到老年直至死亡等 例5炎炎夏日 两位同学在充满凉意的空调室内 就空调机的工作过程是否遵循热力学第二定律的问题发生了争论 甲同学说 空调机工作时 不断地把热量从室内传到室外 即从低温物体传到高温物体 可见它并不遵循热力学第二定律 乙同学说 热力学第二定律是热力学系统